蛋用鹌鹑黑羽基因座与黄羽基因座互作关系分析

庞有志，张小辉，王丽莎，赵淑娟，白俊艳，雷 莹，游祥宾，王乾昆，刘坤举

（1.河南科技大学动物科技学院，河南 洛阳 471023；2.洛阳市动物遗传育种重点实验室，河南 洛阳 471023；3.漯河食品职业学院食品工程系，河南 漯河 462300）

朝鲜鹌鹑是我国蛋用鹌鹑生产主要品种，对我国鹌鹑业发展具有重要作用，朝鲜鹌鹑羽色为野生型（栗羽），俗称麻羽。北京白羽鹌鹑是朝鲜鹌鹑羽色突变系[1]，继北京白羽发现之后，岳根华和Song等先后报道朝鲜鹌鹑黄羽突变，研究证实黄羽是性染色体Z发生隐性突变（y）的结果，遵循性连锁遗传规律[2-3]。黑羽是在朝鲜鹌鹑群体中发现的羽色突变，该突变属于常染色体不完全隐性突变，隐性纯合时（hh）为黑羽，杂合时（Hh）表现不完全黑羽[4]。研究表明，黄羽和白羽是Z染色体上具有连锁关系的两个基因座（Y/y）和（B/b）分别发生隐性突变的结果，两座位同时显性时鹌鹑羽色为野生型（栗羽）[5]。黄羽和白羽由于同时具有隐性伴性遗传特点，目前以黄羽或白羽鹌鹑为父本，以朝鲜鹌鹑为母本组成的自别雌雄配套系在我国蛋用鹌鹑生产中应用广泛。黑羽鹌鹑纯系正在培育[6]，能否作为自别雌雄配套系亲本用于生产，关系到黑羽鹌鹑培育和开发利用问题。

本试验通过纯系黑羽与纯系黄羽鹌鹑杂交及相关回交试验，探讨黑羽基因座与黄羽基因座互作关系，为黑羽鹌鹑及其自别雌雄配套系育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用黄羽鹌鹑和黑羽鹌鹑系由朝鲜鹌鹑的黄羽突变体和黑羽突变体培育而来，由河南科技大学培育并饲养于校内试验牧场。

1.2 试验方法

1.2.1 正交试验（杂交试验1）

随机选取2只纯系黑羽公鹌鹑（3月龄）和6只纯系黄羽处女母鹑（50日龄），按照1∶3比例杂交，组成A1和A2杂交组，每组单笼饲养，自由交配。待杂种一代（F1）出现后，分别从A1、A2组F1代中随机选取20只不完全黑羽鹌鹑（其中5只公鹑，15只母鹑）组成A1-F1和A2-F1两组自交（同胞或半同胞）试验组。常规条件下种蛋孵化。通过观察雏鹑羽色及性别分离情况，推断鹌鹑黑羽基因座和黄羽基因座互作关系。

1.2.2 反交试验（杂交试验2）

随机选取2只纯系黄羽公鹑（3月龄）和6只纯系黑羽处女母鹑（50日龄），按照1∶3比例杂交，组成B1和B2两个杂交组，每组单笼饲养，自由交配。与正交试验相对，黄羽公鹑与黑羽母鹑的杂交称为反交试验。根据F1代羽色及性别比例，分析黑羽和黄羽两基因座互作关系。

1.2.3 回交试验

由于在反交试验中，F1代羽色出现与正交试验不同的结果，试验从F1代中每组选取6只浅灰色处女母鹑与2只亲本公鹑回交，按照公母1:3比例组成回交B1-B1组和B2-B1组。根据B1代羽色及性别比例，为分析鹌鹑黑羽和黄羽基因座互作关系提供数据支撑。

1.2.4 记录与分析

记录正反交F1和F2代以及B1代鹌鹑羽色分离情况及各羽色中公母比例，Excel 2003处理数据，作χ2检验。

2 结果与分析

2.1 正交试验（杂交试验1）

黑羽公鹑与黄羽母鹑杂交结果见表1，两个杂交组F1代仅出现一种羽色，即不完全黑羽，出壳时雏鹑背部羽线与野生型（栗羽）相同，但绒羽较野生型（栗羽）黑，而淡于黑羽，腹部绒羽介于黑羽和野生型（栗羽）之间，其羽色特征与最初发现的不完全黑羽一致。经χ2检验，F1代不完全黑羽公母比例为1∶1（P＞0.05）。

表1 黑羽公鹑和黄羽母鹑杂交F1代羽色性状分离Table1 Plumagecolor segregation of F1 generation from thecrossof black feather（♂）×yellow feather（♀）quail

F1代不完全黑羽自交，结果见表2。F2代出现6种羽色，分别是黑羽、不完全黑羽、栗羽、黄羽、浅灰羽和深灰羽。经χ2检验，几种羽色比例为3∶6∶3∶1∶2∶1，其中黑羽、不完全黑羽和栗羽3种羽色比例为1∶2∶1，而黄羽、浅灰羽和深灰羽均为母鹑。

表2 F1代自交F2代羽色性状分离Table2 Plumagecolor segregation of F2 generation from thecrossof F1 generation

浅灰色和深灰色是F2代出现的两种新羽色，浅灰羽雏鹑背部两条龟背线，与黄羽鹌鹑背部两条龟背线相似，但底色较黄羽鹌鹑深；深灰羽底色和浅灰羽相同，但深灰色雏鹑背部均为深灰色绒毛，无龟背线。深灰色和浅灰色腹部的绒羽与背部体色一致，较栗羽暗，介于栗羽和不完全黑羽之间。深灰色和浅灰色鹌鹑掌部和爪部皮肤为褐色，鹌鹑出壳当日（1日龄）外貌如图1～2所示。

图1 1日龄黑羽、不完全黑羽、栗羽、黄羽、浅灰羽和深灰羽雏鹑背部Fig.1 Back view for black,incompleteblack,maroon,yellow,light gray and dark gray plumage at oneday quail

图2 1日龄黑羽、不完全黑羽、栗羽、黄羽、浅灰羽和深灰羽腹部Fig.2 Abdominal view for black,incomplete black,maroon,yellow,light gray and dark gray plumage at one day quail

2.2 杂交试验2（反交试验）

反交结果见表3。在F1代中黄羽和黑羽两种亲本羽色消失，出现不完全黑羽和浅灰羽，不完全黑羽全部为公鹑，浅灰羽全部为母鹑，浅灰羽外貌特征与正交试验中F2代出现的浅灰羽特征相同。经χ2检验，不完全黑羽和浅灰羽比例为1∶1（P＞0.05），在鹌鹑出壳当天，依据羽色可自别雌雄，经解剖验证自别雌雄的准确率达100%。

表3 黄羽公鹑与黑羽母鹑杂交F1代羽色性状分离Table 3 Plumage color segregation of F1 generation from the cross of yellow feather（♂）×black feather（♀）quail

2.3 回交试验

回交试验结果见表4，在B1代中出现两种羽色即黄羽和浅灰羽，两种羽色比例为1∶1（P＞0.05），且每一种羽色中公母比例均为1∶1（P＞0.05）。

表4 F1代浅灰羽母鹑与亲本黄羽公鹑回交B1代羽色性状分离Table 4 Plumage color segregation of B1 generation from thebackcross of F1 light gray feathers（♀）×parental yellow（♂）quail

2.4 黑羽基因座与黄羽基因互作关系及其验证

2.4.1 不完全黑羽表达

研究证实，控制鹌鹑黑羽基因座（H/h）位于常染色体上，野生型（栗羽）对黑羽为不完全显性遗传[4]，而黄羽和白羽是朝鲜鹌鹑在性染色体（Z）两基因座Y/y和B/b分别发生隐性突变的结果[5]。因此本试验所用杂交亲本黑羽公鹑基因型为hhZYBZYB，黄羽母鹑的基因型为HHZyBW。两者杂交，理论上其F1代羽色和基因型分布如图3所示。

根据遗传学分离定律和自由组合定律，F1代公鹑基因型为HhZYBZyB，母鹑基因型为HhZYBW。课题组已针对有关黑羽基因座与栗羽基因（Y）的互作关系作验证[4]，在有色基因B存在下，Hh对Y为不完全显性上位，Hh与Y互作表现为不完全黑羽。

由图3可知，由于Hh不完全显性上位作用，F1代羽色全部为不完全黑羽，公鹑在Y/y座位上虽为杂合也表现不完全黑羽，说明Hh对Y/y座杂合（ZYZy）状态表现为不完全显性上位。

图3 黑羽公鹑和黄羽母鹑杂交遗传图式Fig.3 Genetic pattern of black feather（♂）×yellow feather（♀）quail

因此，Y/y基因座无论是显性纯合还是杂合，Hh与Y-（ZYZY或ZYZy）互作均产生不完全黑羽，且F1代公母比例为1∶1，这一理论推断与实际杂交结果一致。

2.4.2 栗羽、黄羽和黑羽表达

正交试验F1代自交时，公母鹑均可产生4种不同类型配子，F2代基因型分布理论上如表5所示。根据前期研究，在H/h座位，显性纯合时，HH与Y基因共同维护野生型（栗羽）表现[4]，表5中基因型HHZYBZYB、HHZyBZYB和HHZYBW个体均表现栗羽，占F2代3/16，与实际杂交结果吻合（P＞0.05），其中基因型为HHZyBZYB个体表现为栗羽，说明Y/y在杂合状态下，HH不影响栗羽基因（Y）表现。F2代中仅一种黄羽且为母鹑，表5中对应基因型为HHZyBW，占F2代1/16，这种黄羽母鹑和杂交试验亲本母鹑基因型和羽色完全相同，说明HH不影响黄羽基因（y）表达。由此推断，在H/h座位，显性纯合时HH对Y/y座位无互作关系，不影响栗羽和黄羽表达。

当H/h座位隐性纯合时，hh对ZYZY和ZYW为隐性上位，hh与Y基因互作使栗羽变为黑羽，这种互作关系已被证实[4]，表5中基因型为hhZYBZYB、hhZYBW和hhZyBZYB的个体表现为黑羽，占F2代3/16，与实际杂交结果相吻合（P＞0.05），其中基因型为hhZyBZYB个体表现黑羽，说明Y/y座为杂合状态下，hh对ZYZy也表现隐性上位。

已证实，H/h座位杂合时，Hh对Y-（ZYZY或ZYZy）为不完全显性上位，Y/y座位无论显性纯合还是杂合均为不完全黑羽，对应表5中基因型为HhZYBZYB、HhZyBZYB、HhZYBW个体均表现不完全黑羽,占F2代6/16，F2代中不完全黑羽出现与正交试验中F1代不完全黑羽出现遗传机制一致。表5中，F2代中栗羽、不完全黑羽和黑羽3种羽色基因型所占比例分别为3/16、6/16和3/16，3种羽色之比为1∶2∶1，在每一种羽色中公母比例为2∶1，分布与实际F1代自交结果吻合（P＞0.05）。

表5 黑羽公鹑与黄羽母鹑杂交F2代可能的基因型和表型分布Table 5 Possible genotype and phenotype distribution of F 2 from the cross of black feather（♂）×yellow feather（♀）quail

2.4.3 浅灰色和和深灰色羽表达

在正交试验F2中出现浅灰色和深灰色两种羽色，且浅灰羽数量是深灰羽2倍，对应表5不难判定浅灰羽的基因型为HhZyBW，深灰羽对应基因型为hhZyBW，两种羽色在Y/y座位上均为隐性纯合（ZyW相当于ZyZy），说明这两种羽色是黑羽基因座位分别在杂合（Hh）和纯合（hh）状态下与y互作的结果，即Hh对ZyW为不完全显性上位，两者互作产生浅灰羽，hh对ZyW为隐性上位，两者互作产生深灰羽。表5中F2代中出现浅灰羽、深灰羽和黄羽全为母鹑，所占比例为1/16、2/16和1/16，3种羽色之比为1∶2∶1，与实际F1代自交结果吻合（P＞0.05）。

浅灰羽表达还可通过反交试验和回交试验得到进一步验证。黄羽公鹑和黑羽母鹑杂交，F1代母鹑基因型即为浅灰羽，正是Hh与ZyW互作的结果（见图4）。利用浅灰羽母鹑与黄羽公鹑回交，后代出现浅灰羽公鹑（见图5）。显然浅灰羽是Hh对yy（ZyZy和ZyW）不完全显性上位的结果。

图4 黑羽母鹑和黄羽公鹑杂交遗传图式Fig.4 Genetic pattern of yellow feather(♂)×black feather(♀)quail

图5 浅灰羽母鹑和黄羽公鹑回交遗传图式Fig.5 Genetic pattern of light gray feathers(♀)×parental yellow(♂)quail

3 讨论与结论

3.1 鹌鹑黑羽基因座与黄羽基因座互作关系及其遗传学意义

本试验采用的杂交亲本黑羽和黄羽白化基因座（B/b）均不涉及隐性突变，两种羽色座位之间互作均是在有色基因B存在前提下产生各种互作关系。研究证明，在有色基因B存在条件下，当Y/y座位显性纯合时，HH有维持栗羽表现的作用，Hh与YY互作产生不完全黑羽，hh与YY互作产生黑羽[4]。本研究探讨的是当Y/y座位隐性纯合（ZyBZyB,ZyBW）时，黑羽基因座（H/h）对黄羽基因表达的影响，研究发现，黑羽基因座显性纯合时，HH具有维持黄羽（ZyBZyB,ZyBW）表现的作用，该座位杂合时，Hh与yy互作产生浅灰羽，该座位隐性纯合时，hh与yy互作产生深灰羽，与该座位与栗羽基因Y互作产生的羽色完全不同。本研究还发现黑羽座位（H/h）在杂合状态下，黄羽座位（Y/y）无论显性纯合或是杂合状态两者互作的表现均相同，即Hh对ZYBZyB为不完全显性上位，两者互作产生不完全黑羽。说明不完全羽色产生首先取决于Y/y座位等位基因之间显隐性关系，然后再受非等位基因之间互作关系的影响。由于栗羽（Y）对黄羽（y）为显性，Hh与Y-的互作，取决于对Y基因的互作。可以看出，黑羽基因座（H/h）与Y/y座位之间的互作因两座位的基因型状态不同而表现多种互作关系。即在有色基因B存在下，黑羽基因座隐性纯合时（hh）对黄羽座位（Y/y）为隐性上位，hh与Y-（YY或Yy）互作使栗羽变为黑羽，hh与yy互作使黄羽变为深灰羽；该座位杂合时（Hh）对Y/y为不完全显性上位，Hh与Y-（YY或Yy）互作使栗羽变为不完全黑羽，Hh与yy互作使黄羽变为浅灰羽；该座位显性纯合时，HH不影响Y/y座位基因的表达，即HH具有维持正常栗羽和黄羽表现的作用。在有色基因B存在的条件下，黑羽基因座和黄羽基因座之间因基因型不同产生不同的互作关系，导致鹌鹑不同羽色的出现。

本研究通过杂交试验从遗传机制上说明黑羽和黄羽两基因座之间互作关系，但其产生分子机制还不清楚。Wu等通过基因组分析发现在黄羽座位有一个内含子突变与羽色形成有关[7]，刘坤举等发现朝鲜鹌鹑GNAS基因与鹌鹑隐性白羽突变有关[8]，研究黄羽、白羽和黑羽3个基因座的突变机制，将进一步揭示鹌鹑不同羽色形成机理及其基因座位间互作关系。

基因互作类型较多，常染色体上两个基因座位间的基因互作，其表现形式为两对相对性状自由组合规律分离比（9∶3∶3∶1）的各种变形，如9∶3∶4（隐性上位），12∶3∶1（显性上位）并作为一般遗传学教科书经典案例[9-10]，这类基因座间互作其表型比例与性别无关。本研究揭示黑羽基因座与黄羽基因座互作关系，涉及到常染色体与性染色体基因座之间互作，是鹌鹑羽色遗传研究的新进展。由于白化基因座（B/b）与黄羽基因座（Y/y）在Z染色体上具有连锁关系[5]，黑羽基因座与黄羽基因座互作关系均是在有色基因B存在条件下发生的各种互作，涉及基因互作、伴性遗传和连锁与交换等诸多问题，本研究结果为开展有关遗传学理论和实验教学提供丰富素材和理论依据，具有重要遗传学研究价值。

3.2 自别雌雄的价值

本研究已验证，黄羽公鹑和黑羽母鹑杂交，其F1代母鹑为浅灰羽，公鹑为不完全黑羽，两种羽色鹌鹑在出壳时肉眼即可辨别，准确率可达100%，其自别雌雄机制如图4所示。该研究成果对鹌鹑早期雌雄鉴别具有重要意义，在生产中可培育以黄羽鹌鹑为父本，以黑羽鹌鹑为母本的自别雌雄配套系，对进一步丰富我国鹌鹑品种结构，提高鹌鹑生产经济效益将产生重要影响。

3.3 深灰羽鹌鹑培育

本研究在利用浅灰羽母鹑和黄羽公鹑回交试验中，回交后代出现浅灰羽公鹑和浅灰羽母鹑。由于浅灰色是在有色基因B存在下Hh与y互作的结果，浅灰色公母鹑在H/h座位上均为杂合体，因此不可能培育出浅灰色鹌鹑的品系或品种。但我们可以利用浅灰羽公母鹑（HhZyBZyB，HhZyBW）横交（同胞或半同胞交配），后代可出现基因型为hhZyBZyB和hhZyBW个体。本研究证实基因型为hhZyBW母鹑羽色均为深灰色，杂交试验中虽未出现基因型为hhZyBZyB公鹑，由于母鹑hhZyBW为半合子，根据母鹑的羽色表现，可推测hh与ZyZy产生的互作效果与hh和ZyW互作效果相同，即基因型为hhZyBZyB的公鹑应表现深灰羽。因此将回交后代出现的浅灰羽公母鹑横交固定，可培育纯系深灰羽鹌鹑，进一步丰富我国鹌鹑的品种资源。